一种变电站工程深基础土-结构协同分析方法技术

发明专利技术提供了一种变电站工程深基础土

【技术实现步骤摘要】
一种变电站工程深基础土
‑
结构协同分析方法


[0001]本专利技术属于有限元分析
，具体涉及一种变电站工程深基础土
‑
结构协同分析方法。

技术介绍

[0002]电力系统是保障人民正常生活及生产活动的重要生命线工程。变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的重要电力设施。变电站内的建筑物主要包括主控通信楼、生产综合楼、配电室、电容器室等，通常设有变压器、高压断路器、母线、电容器、电抗器等一次设备以及继电保护装置、测控装置、计量装置、自动化系统等二次设备。
[0003]为保证变电站正常运行及管线连接良好，对变电站基础总沉降及不均匀沉降都有严格要求，常采用筏板基础、桩基础或者桩筏基础。桩基沉降和承载特性受到土层分布、成桩方式、桩长和桩间距等多种因素影响。桩基沉降按规范法采用等效作用分层总和法结合角点法计算，忽略了土体的非线性、弹塑性，也未考虑上部荷载、筏板、桩基与土体间的相互作用和三维空间效应。对于地层分布不均匀且涉及上部荷载
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桩筏基础
‑
地基相互作用的复杂情况，通过简化较多的方法难以得到较优的桩长设计参数。
[0004]我国对变电站结构抗震性能的理论研究还比较滞后，目前变电站结构设计的可靠度较低且安全性较差。变电站设计中，为保证基础变形满足要求，常采用筏板基础和桩基础。目前，考虑地基
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桩基
‑
上部结构动力相互作用的研究成果已有不少，但是针对变电站结构的相关研究尚不多见。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：基于现有的变电站基础分析技术，提出一种变电站工程深基础土
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结构协同分析方法及其制作方法。
[0006]一种变电站工程深基础土
‑
结构协同分析方法，对变电站的基础结构进行有限元模拟分析，以明确桩筏基础结构的设计方案和抗震强度，包括桩筏基础有限元协同分析以及地震反应分析。
[0007]优选的是，所述桩筏基础有限元协同分析包括以下步骤
[0008]桩筏基础设计：根据变电站实际建设位置，结合土地情况，选取合适的桩筏组合；
[0009]三维有限元建模：根据桩筏结构以及地层分布，建立立体的有限元模型；
[0010]桩筏方案设计：设计不同的桩基长度，以充分模拟不同桩长对工况的影响；
[0011]桩筏受力分析：对桩筏结构的受力情况进行模拟分析，选取最优方案。
[0012]优选的是，所述三维有限元建模包括嵌入式桩单元、几何模型和材料参数。
[0013]优选的是，所述桩筏受力分析包括筏板沉降、地基沉降以及桩基受力。
[0014]优选的是，所述地震反应分析包括以下步骤：
[0015]有限元建模：针对变电站所处地的岩土地形，基于地层边界以及地质特性建立有
限元模型；
[0016]地震模拟方案设计：根据不同的桩长以及地震波形式设计不同的模拟方案，以充分模拟结构的响应情况；
[0017]响应分析：根据桩基结构对于地震波的响应情况，选取最优方案。
[0018]优选的是，所述有限元建模包括动力边界、几何模型及网格划分和材料参数。
[0019]优选的是，所述响应分析包括场地响应分析、结构响应分析、桩长响应分析以及地震动峰值及波形影响分析。
[0020]本专利技术的有益效果是：本专利技术以变电站桩筏基础工程为背景，考虑持力层非均匀分布的情况，通过建立三维有限元模型，进行非均匀地层分布条件下的桩筏基础协同分析，为类似工况下基于沉降变形控制的桩长优化设计提供参考。从变电站桩基
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筏板
‑
配电楼结构耦合体系出发，建立桩
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筏
‑
土
‑
地下室
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上部结构三维有限元动力相互作用整体模型，考虑土体的弹塑性及小应变特性，分析该体系在不同震级和不同地震波作用下的动力响应及抗震性能。
附图说明
[0021]图1为桩筏基础有限元协同分析流程图；
[0022]图2为地震反应分析流程图；
[0023]图3为桩基平面布置示意图；
[0024]图4为嵌入梁单元示意图；
[0025]图5为地层及桩筏结构三维几何模型示意图；
[0026]图6为桩长变化模拟方案示意图；
[0027]图7为筏板剖面沉降曲线；
[0028]图8为剖面地基沉降云图；
[0029]图9为桩基轴力分布图；
[0030]图10为桩基侧摩擦阻力分布图；
[0031]图11为地层分布几何模型示意图；
[0032]图12为HSS模型滞回行为示意图；
[0033]图13为地表测点水平加速度反应谱图；
[0034]图14为楼顶与底板功率谱图；
[0035]图15为楼顶测点水平位移时程曲线；
[0036]图16为桩顶轴力时程曲线图；
[0037]图17为桩顶玩具时程曲线图；
[0038]图18为楼顶振动时程曲线图；
[0039]图19为不同震级下楼顶水平加速度时程曲线图；
[0040]图20为不同震级下底板水平加速度时程曲线图；
[0041]图21为不同地震波相同震级下楼顶水平加速度时程曲线图；
[0042]图22为不同地震波相同震级下底板水平加速度时程曲线图；
[0043]图23为不同地震波相同征集下楼顶PSA曲线图。
具体实施方式
[0044]下面结合具体实施例对本专利技术做进一步说明。
[0045]实施例：
[0046]拟建变电站站址所在区域地貌形态类型属华北东部盐渍化滨海平原，地势低洼，平坦开阔，自西北向东南缓倾，站址区目前为盐池，盐池内存有积水。
[0047]场地地层由第四系全新统陆相冲积陆相冲积与沼泽相沉积及上更新统陆相冲积形成的粉土、粉质黏土、粉砂层组成。从岩土的工程性质角度考虑，场地内揭露的地层在垂直方向上变化及差异性较大。因此，根据其特点将其划分为8个大的工程地质单元层，包括
①
粉质黏土，
②
粉砂，
③
粉质黏土，
④
粉土，
⑤
粉砂，
⑥
粉质黏土，
⑦
粉砂，
⑧
粉土。土体物理力学参数见表1。
[0048]表1岩土体物理力学参数
[0049][0050][0051]桩筏基础设计
[0052]配电装置楼设计采用现浇平板式筏型基础，筏板厚0.8m，基底位于第
②
层粉质黏土层，筏板下设桩基，桩端持力层为粉砂与粉土，极限端阻力标准值q
p
k分别为3 000kPa和2 000kPa，极限侧阻力标准值见表1。
[0053]桩型采用预制钢筋混凝土方桩，桩截面尺寸0.4m
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变电站工程深基础土
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结构协同分析方法，其特征在于：对变电站的基础结构进行有限元模拟分析，以明确桩筏基础结构的设计方案和抗震强度，包括桩筏基础有限元协同分析以及地震反应分析。2.根据权利要求1所述一种变电站工程深基础土
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结构协同分析方法，其特征在于：所述桩筏基础有限元协同分析包括以下步骤桩筏基础设计：根据变电站实际建设位置，结合土地情况，选取合适的桩筏组合；三维有限元建模：根据桩筏结构以及地层分布，建立立体的有限元模型；桩筏方案设计：设计不同的桩基长度，以充分模拟不同桩长对工况的影响；桩筏受力分析：对桩筏结构的受力情况进行模拟分析，选取最优方案。3.根据权利要求2所述一种变电站工程深基础土
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结构协同分析方法，其特征在于：所述三维有限元建模包括嵌入式桩单元、几何模型和材料参数。4.根据权利要求2所述一种变电站工程深基础土
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【专利技术属性】
技术研发人员：吴海亮，邢琳，李明富，张戊晨，王亚敏，张雯，王朔，
申请(专利权)人：国网河北省电力有限公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：